除了绘制各类分析图形(比如柱状图,折线图,饼图等等)以外,matplotlib
也可以在画布上任意绘制各类几何图形。
这对于计算机图形学、几何算法和计算机辅助设计等领域非常重要。
matplitlib
中的 patches
类提供了丰富的几何对象,
本篇抛砖引玉,介绍其中几种常用的几何图形绘制方法。
其实matplitlib
封装的各种现成的图形对象(柱状图,折线图,饼图等等)本质也是基于 patches
来绘制的。
1. 多边形类
多边形 可以用在地理信息图表中,用来表示地理区域的边界或地理要素的形状;
也可以用来展示数据的分布区域或边界,比如用在散点图中。
几种常用的多边形绘制方式如下:
1.1. 矩形
绘制矩形用Rectangle
对象。
python
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.patches as mptch
fig = plt.figure(figsize=[6, 6])
ax = fig.add_subplot(111)
r1 = mptch.Rectangle(xy=(0.2, 0.3),
height=0.5,
width=0.7,
color="lightblue")
r2 = mptch.Rectangle(xy=(0.4, 0.6),
height=0.3,
width=0.2,
angle=60,
color="lightgreen")
ax.add_patch(r1)
ax.add_patch(r2)
plt.show()
Rectangle
对象的主要参数:
- xy:矩形的起始点,也就是左下角的点
- height:矩形的高
- width:矩形的宽,高和宽设置一样就是正方形
- angle:沿着起始点,逆时针旋转的角度
- color:矩形的颜色,默认蓝色
代码运行效果 :
1.2. 任意多边形
任意多边形 比较简单,给Polygon
对象传入多边形的各个顶点即可。
python
fig = plt.figure(figsize=[6, 6])
ax = fig.add_subplot(111)
#三角形
p1 = mptch.Polygon(xy=[(0.1, 0.1), (0.4, 0.1), (0.3, 0.6)],
color='lightblue')
#四边形
p2 = mptch.Polygon(xy=[(0.5, 0.5), (0.9, 0.5), (0.9, 0.1), (0.6, 0.2)],
color='lightgreen')
ax.add_patch(p1)
ax.add_patch(p2)
plt.show()
Polygon
对象的主要参数:
- xy:多边形各个顶点的列表
- color:多边形的颜色,默认蓝色
代码运行效果 :
1.3. 正多边形
虽然用Polygon
对象也可以绘制正多边形,但是需要计算各个顶点的坐标位置,很麻烦。
matplotlib
提供了专门绘制正多边形 的对象CirclePolygon
。
python
fig = plt.figure(figsize=[6, 6])
ax = fig.add_subplot(111)
p1 = mptch.CirclePolygon(xy=(0.3, 0.3),
radius=0.2,
resolution=6,
color='lightgreen')
p2 = mptch.CirclePolygon(xy=(0.6, 0.6),
radius=0.2,
resolution=8,
color='lightblue')
ax.add_patch(p1)
ax.add_patch(p2)
plt.show()
CirclePolygon
对象的主要参数:
- xy:正多边形的中心点坐标
- radius:正多边形的外接圆半径
- resolution:正多边形的边数
- color:正多边形的颜色,默认蓝色
代码运行效果 :
2. 圆形类
圆形类也是使用比较多的形状。
2.1. 圆和椭圆
绘制圆和椭圆分别用Circle
和Ellipse
对象。
python
fig = plt.figure(figsize=[6, 6])
ax = fig.add_subplot(111)
c = mptch.Circle(xy=(0.5, 0.5),
radius=0.4,
color="lightblue")
e = mptch.Ellipse(xy=(0.5, 0.5),
height=0.3,
width=0.4,
color="lightgreen")
ax.add_patch(c)
ax.add_patch(e)
plt.show()
Circle
对象的主要参数:
- xy:圆心坐标
- radius:圆的半径
- color:圆的颜色,默认蓝色
Ellipse
对象的主要参数:
- xy:椭圆心坐标
- height:椭圆的高度
- width:椭圆的宽度
- color:椭圆的颜色,默认蓝色
**PS. **当椭圆的height
和width
设置一样时,椭圆就是圆了。
代码运行效果 :
3. 圆弧和扇形
除了完整的圆,也可以绘制弧形(Arc
对象)和扇形(Wedge
对象)。
python
fig = plt.figure(figsize=[6, 6])
ax = fig.add_subplot(111)
#圆弧
a = mptch.Arc(xy=(0.4, 0.7),
width=0.5, height=0.5,
angle=270,
theta1=0, theta2=120,
linewidth=10,
color="lightblue")
#扇形
w = mptch.Wedge(center=(0.3, 0.5),
r=0.2,
theta1=30, theta2=330,
color="lightgreen")
ax.add_patch(a)
ax.add_patch(w)
plt.show()
Arc
对象的主要参数:
- xy:圆弧的圆心坐标
- width:圆弧的宽度
- height:圆弧的高度
- angle:圆弧朝向的角度,逆时针旋转
- theta1:圆弧开始的角度,逆时针旋转
- theta2:圆弧结束的角度,逆时针旋转
- linewidth:圆弧的粗细
- color:圆弧的颜色,默认蓝色
PS. width
和height
相等时,圆弧相当于是圆 的一段,不相等时,圆弧相当于是椭圆 的一段。
圆弧开始的角度其实就是 angle+theta1
,结束的角度是angle+theta2
。
Wedge
对象的主要参数:
- xy:扇形的圆心坐标
- r:扇形的半径
- theta1:扇形开始的角度,逆时针旋转
- theta2:扇形结束的角度,逆时针旋转
- color:扇形的颜色,默认蓝色
代码运行效果 :(本来想画个鱼钩钓鱼的抽象效果的,:))
4. 箭头
箭头也是一种比较常用的图形,可用来标注和指示数据的方向或关联性,比如增长或下降趋势;
还可以用来表示数据流向或关系。
matplotlib
中用Arrow
对象来绘制箭头。
python
fig = plt.figure(figsize=[6, 6])
ax = fig.add_subplot(111)
x, y, dx, dy = 0.1, 0.2, 0.2, 0.2
a1 = mptch.Arrow(x=x, y=y,
dx=dx, dy=dy,
width=0.2, color="lightblue")
a2 = mptch.Arrow(x=x+dx, y=y+dy,
dx=dx, dy=dy,
width=0.4, color="lightgreen")
ax.add_patch(a1)
ax.add_patch(a2)
plt.show()
Arrow
对象的主要参数:
- x :箭头的起点
X
坐标 - y :箭头的起点
Y
坐标 - dx :箭头的终点
X
坐标偏移起点X
坐标的值 - dy :箭头的终点
Y
坐标偏移起点Y
坐标的值 - width:箭头的宽度
- color:箭头的颜色,默认蓝色
PS . 其实就是起点 坐标(x, y)
,终点 坐标(x+dx, y+dy)
。
代码运行效果 :
5. 总结
几何图形是matplotlib
最基本的能力,复杂花哨的分析图表归根结底都是这些基本的几何图形。
除了本篇介绍的这些,完整的patches
可以参考官方文档:https://matplotlib.org/stable/api/patches_api.html